ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F02C3/10 

Изобретение относится к газотурбинным установкам с комбинированной выработкой газоперекачивающей и электрической мощностей, а также электроэнергии для собственных нужд.

Известна газотурбинная установка, содержащая компрессор, камеру сгорания, подключенную выходом к двум турбинам компрессорной и силовой [1]
Недостатком известной установки является низкий КПД.

Известна также газотурбинная установка, являющаяся ближайшим аналогом к заявленной, содержащая компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере [2]
Недостатком известной установки также является недостаточно высокий КПД и неширокий диапазон работы.

Задачей изобретения является повышение КПД, а также комбинированная выработка, например, нагнетательной и электрической мощностей.

Поставленная задача решается тем, что газотрубная установка (ГТУ), содержащая многоступенчатый компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере, снабжена газоводом с установленным на нем регулятором нагрузки, подключенным к трубопроводу и воздухопроводу соответственно после камеры сгорания и после теплообменника, последний подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту газовой турбины, расширительная машина выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход подключен к выхлопному тракту газовой турбины. При этом выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины до теплообменника. Кроме того, выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины после теплообменника. Компрессор установлен на одном валу с газовой турбиной. При этом полезная нагрузка выполнена в виде нагнетателя, установленного на одном валу с компрессором и турбиной. Кроме того, выход из промежуточной ступени компрессора подключен к воздухопроводу.

Предлагаемое решение направлено на выработку нагнетательной (движительной) мощности и электроэнергии собственных нужд с утилизацией тепла выхлопных газов основной газотурбинной установки. Дополнительная электроэнергия может вырабатываться как путем формирования нагрузки основной ГТУ, так и путем перераспределения мощностей нагнетателя и электрогенератора без изменения расхода топлива в камеру сгорания. Газотрубонагреватель и газотурборасширитель могут быть размещены независимо и изменение нагрузки не влияет друг на друга. Газотурборасширитель может быть спроектирован на низкие параметры газа. Установка экономична из-за утилизации тепла выхлопных газов.

На чертеже изображена принципиальная схема газотурбинной установки.

Газотурбинная установка содержит многоступенчатый компрессор 1, подключенный посредством воздухопровода 2 с установленным на нем теплообменником 3 к расширительной машине 4 и посредством трубопровода 5 с установленной на нем камерой сгорания 6 к газовой турбине 7. Газовая турбина 7 соединена валом 8 с полезной нагрузкой 9. Выхлопной тракт 10 газовой турбины 7 подключен к атмосфере.

Установка также снабжена газоводом 11 с установленным на нем регулятором 12 нагрузки, подключенным к воздухопроводу 2 после камеры сгорания 6 и к трубопроводу 5 после теплообменника 3. Теплообменник 3 подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту 10 газовой турбины 7. Расширительная машина 4 выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход может быть подключен к выхлопному тракту 10 газовой турбины 7, до или после теплообменника 3 посредством трубопровода 13.

Компрессор 1 может быть установлен на одном валу 8 с газовой турбиной 7. Полезная нагрузка может быть выполнена в виде нагнетателя 9, установленного на одном валу 8 с компрессором 1 и газовой турбиной 7. Расширительная машина 4 соединена валом 14 с электрогенератором 15. Выход из промежуточной ступени компрессора 1 может быть подключен к воздухопроводу 2. Нагнетатель 9 и электрогенератор 15 могут быть выполнены в виде электрогенератора, газонагнетателя, компрессора, винта и т.п. Комбинированную выработку полезной мощности, осуществляют, например, нагнетатель 9 и электрогенератор 15. В электрогенераторе 15 происходит выработка электроэнергии для собственных нужд нагнетателя 9, т.е. масляная система, аппараты воздушного охлаждения и т. п.

Установка работает следующим образом.

Воздух из атмосферы поступает на компрессор 1, сжимается и направляется в камеру сгорания 6, на газовую турбину 7 и через выхлопной тракт 10 и теплообменник 3 выхлопные газы направляются в атмосферу. Выработка полезной мощности осуществляется в нагнетателе (движителе) 9.

Часть воздуха из выхода промежуточной ступени компрессора 1 по воздухопроводу 2 направляется в теплообменник 3, где нагревается за счет тепла выхлопных газов газовой турбины 7, после чего направляется на расширительную машину 4 и далее по трубопроводу 13 в выхлопной тракт 10. Полезная мощность вырабатывается в электрогенераторе 15 и передается на электрообеспечение собственных нужд установки, например на маслосистему, циркуляционную систему оборотной воды, для привода электровентиляторов агрегатов воздушного охлаждения газа и т.п. Регулирование нагрузки расширительной машины 4 и электрогенератора 15 осуществляется путем перепуска части нагретого до высокой температуры газа по газоводу 11 через регулятор нагрузки 12 на смесь с воздухом, нагретым предварительно теплом компрессии компрессора 1 и выхлопными газами газовой турбины 7. При этом устанавливаются заданный расход газовоздушной смеси и температура смеси в соответствии с потребной мощностью электрогенератора 15.

Работа установки может осуществляться в автономтном режиме при формировании нагрузки камеры сгорания 6 или перераспределения мощностей нагнетателя 9 и электрогенератора 15, а также от общего напорного воздушного коллектора компрессорной станции.

Использование: в газотурбинных установках с комбинированной выработкой газоперекачивающей и электрической мощности, а также электроэнергии собственных нужд. Сущность изобретения: задачей изобретения является повышение КПД, а также комбинированная выработка, например, нагнетательной и электрической мощностей. Газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания - к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере, снабжена газоходом с установленным на нем регулятором нагрузки, подключенным к трубопроводу и воздуховоду соответственно после камеры сгорания и после теплообменника, последний подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту газовой турбины, расширительная машина выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход подключен к выхлопному тракту газовой турбины. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере, отличающаяся тем, что она снабжена газоводом с установленным на нем регулятором нагрузки, подключенным к трубопроводу и воздухопроводу соответственно после камеры сгорания и после теплообменника, причем последний подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту газовой турбины, расширительная машина выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход подключен к выхлопному тракту газовой турбины. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины до теплообменника. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины после теплообменника. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что компрессор установлен на одном валу с газовой турбиной. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что полезная нагрузка выполнена в виде нагнетателя, установленного на одном валу с компрессором и турбиной. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход из промежуточной ступени компрессора подключен к воздухопроводу.